CN107612572A - 一种射频匹配模块、用于移动终端的射频系统 - Google Patents
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Abstract
一种射频匹配模块、用于移动终端的射频系统,属于通信领域。本发明提供一种射频匹配模块,包括:第一传输线和第二传输线,所述第一传输线一端与零电势端相连,另一端与芯片的天线输入接口相连,所述第二传输线一端与零电势端连;其中,所述第一传输线呈电感性或电容性,所述第二传输线呈电容性或电感性。该匹配组合在结构上和L型匹配网络相似,但是不是采用分立元件,而是采用走线,走线的长度可以调整,根据负载大小通过调整两段走线的长度来达到匹配的目的。
Description
技术领域
本发明实施例涉及通信领域,尤其涉及一种射频匹配模块、用于移动终端的射频系统。
背景技术
射频(Radio Frequency,RF)专指具有一定波长可用于无线电通信的电磁波。用来产生射频的高频电路成为射频电路,基本上是由无源元件、有源器件和无源网络组成的。随着通信技术的发展,通信设备所用频率日益提高,射频(RF)和微波(MW)电路在通信系统中广泛应用,射频电路设计领域得到了工业界的特别关注。
像手机这一类能发射无线信号的电子装置必须注意阻抗匹配,在射频信号自功率放大器(power amplifier)传送到天线途中,如果射频信号遭遇不匹配的阻抗,就会有部分的信号能量被天线反射,使功率放大器输出的信号能量不能完全由天线发射。因此,阻抗匹配在无线通讯领域是很重要的问题。
手机之中通常有一个阻抗匹配电路负责匹配天线的阻抗,使功率放大器发射的能量能完全传达到天线,达到最佳传输效能。天线的阻抗可能受附近的物体影响而改变,此外,现在的手机大多支持多频段通讯。以全球移动通讯系统(GSM:Global System forMobile Communications)为例,GSM 900、GSM 1800、以及GSM 1900各使用不同频段,支持这三者的手机必须在多个不同频段进行阻抗匹配。这些因素提高了阻抗匹配的复杂度,固定式的阻抗匹配电路已经不敷使用,可调式的阻抗匹配电路才有较广的匹配范围,才能适用于多频段的复杂应用环境。
如图1所示,为现有技术一种无线通信系统的终端的视频电路结构示意图,为终端的无线通信收发机,它包含了发射机电路、接收机电路以及通信天线。这个收发机可以应用于个人通信和无线局域网络中。在这个系统中,数字处理电路主要是对数字信号进行处理,包括采样、压缩、编码等;然后通过模数(A/D)转换器变成模拟形式进入模拟信号电路,然后通过天线发射。
射频调试是终端射频研发过程中重要的环节,终端的功率放大器(poweramplifier,PA)供应商都有专门的FAE来支持客户的射频调试,收敛问题一直是射频发射调试的难点,收敛效果总是不理想,即使能通过测试认证,其他性能指标也是得到了折中,并且余量不够多。为了满足终端性能指标的要求,射频调试人员要经过长时间的微调,即使这样,有时也难以达到指标要求,射频调试更加反复漫长。
在射频电路设计中,为了保证传输最大的信号能量,减少回波对信号质量和可用功率的影响,匹配网络设计是必须要考虑的重要问题。
发明专利CN106788563A公开了一种终端射频电路的匹配网络电路,其具体公开了根据π型或L型匹配网络电路和并联电路,其中,所述并联电路一端连接所述π型或L型匹配网络电路输入端,另一端接地,其中,所述并联电路包括并联的一个电容和一个电感,所述电容和电感并联后接地。能对射频电路在改变一个频段端口阻抗的同时,改善其收敛性。但由于分立元件太多,这不仅导致成本增加,而且会使PCB布局更加不便,同时调试方法单一,可能会碰到难调的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题,提出了一种射频匹配模块、用于移动终端的射频系统。
本发明采用在手机射频原理图中,通过走线代替分立元件的一种新的匹配网络,该匹配组合在结构上和L型匹配网络相似,但是不是采用分立元件,而是采用一段走线,该走线的长度可以调整,根据负载大小通过调整两段走线的长度来达到匹配的目的。
本发明是通过以下技术方案得以实现的:
一种射频匹配模块,包括:第一传输线和第二传输线,所述第一传输线一端与零电势端相连,另一端与芯片的天线输入接口相连,所述第二传输线一端与零电势端连;其中,所述第一传输线呈电感性或电容性,所述第二传输线呈电容性或电感性。
作为本发明的优选,所述第一传输线为长度等差变化的传输线。
作为本发明的优选,所述第一传输线长度的计算公式为:
其中,L1’为第一传输线的实际长度,λ为波长,L1为第一传输线的理论长度最小值且长度小于二分之一波长,n为整数。
作为本发明的优选,所述第二传输线为长度小于二分之一波长的传输线。
作为本发明的优选,所述模块为用于射频的频率段为860兆赫-2.4吉赫的射频匹配模块。
作为本发明的优选,所述模块为用于射频的频率为2.4吉赫的射频匹配模块。
作为本发明的优选,所述第一支路为容性电路,所述第一传输线长度为0.135波长的传输线,所述第二传输线长度为0.153波长的传输线。
一种用于移动终端的射频系统,包括:射频收发模块、基于可调走线的射频匹配模块、天线;
所述射频匹配模块经所述第一传输线连接于所述射频收发模块与所述天线之间。
作为本发明的优选,该系统还包括功率放大模块,所述功率放大模块设于所述射频收发模块与所述射频匹配模块之间。
作为本发明的优选,该系统还包括滤波模块,所述滤波模块设于所述射频匹配模块与所述天线之间。
有益效果:
该匹配组合在结构上和L型匹配网络相似,但是不是采用分立元件,而是采用走线,走线的长度可以调整,根据负载大小通过调整两段走线的长度来达到匹配的目的。
附图说明
图1为现有技术一种无线通信系统的终端的视频电路结构示意图;
图2为本发明一种射频匹配模块的结构示意图;
图3为测试本发明一种射频匹配模块等效电路图时史密斯圆图上不同情况下匹配电路阻抗的轨迹图;
图4为无损传输线的阻抗变换等效图;
图5为一种只具有信号源和负载的等效电路示意图;
图6为一种具有信号源、负载和第一传输线的等效电路示意图;
图7为一种具有信号源、负载、第一传输线和第二传输线的等效电路示意图;
图8为本发明基于射频匹配模块的一种用于移动终端的射频系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。需要说明的是,在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外,各个实施例之间的技术方案可以相互结合,但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础,当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在,也不在本发明要求的保护范围之内。
在常规情况下,在一个用于移动终端的射频系统的射频匹配模块,都是由分立元件构成的,或者是π型或者是L型,通过改变分立元件的电容电感的值来达到匹配的目的,如专利号CN104767636A的发明专利根据π型或L型匹配网络电路和并联电路,其中,所述并联电路一端连接所述π型或L型匹配网络电路输入端,另一端接地,其中,所述并联电路包括并联的一个电容和一个电感,所述电容和电感并联后接地。但由于分立元件太多,这不仅导致成本增加,而且会使PCB布局更加不便,同时调试方法单一,可能会碰到难调的问题。
在本发明中,采用通过两段走线形成一种新的匹配网络,该匹配网络的结构是用两段走线来代替之前电路中的两个分立元件,来进行阻抗匹配,使用的分立元件的使用量减少,使调试方法更加多样,易于快速解决调试问题。
以下为本发明具体实施例。
实施例1:
如图2所示,一种射频匹配模块,包括:
第一传输线和第二传输线,所述第一传输线一端与正电压相连,另一端与芯片的天线输入接口相连,所述第二传输线一端与正电压相连,另一端与地端相连;其中,所述第一传输线呈电感性或电容性,所述第二传输线呈电容性或电感性。
阻抗匹配网络已经成为射频微波电路中的重要组成部分,主要是由于匹配使得电路中的反射电压波变少,从而损耗减少。同时,匹配网络对器件的增益,噪声,输出功率还有着重要的影响。在微波传输系统,它关系到系统的传输效率、功率容量与工作稳定性,关系到微波测量的系统误差和测量精度,以及微波元器件的质量等一系列问题。现将原有简单射频匹配模块中两个分立元件形成的的L型匹配网络,通过替换,把两个分立元件替换成两段长度可变的走线(即传输线),在新型的射频匹配模块中通过根据负载大小通过调整两段走线的长度来达到匹配的目的,最终达到使整个射频电路中同轴线和负载都匹配成恒定50Ω特性的电抗值。
所述第一传输线为长度可等差变化的传输线。
所述第一传输线长度的计算公式为:
其中,L1’为第一传输线的实际长度,λ为波长,L1为第一传输线的理论最小值且长度小于二分之一波长,n为整数。
传输理论指出,通常情况下,传输线传输的电压或电流是由该点的入射波和反射波叠加而成的,或者说是由行波和驻波叠加而成的。在由信号源及负载组成的微波系统中,如果传输线和负载不匹配,传输线上将形成驻波。驻波一方面使传输线功率容量降低,另一方面会增加传输线的衰减。如果信号源和传输线不匹配,既会影响信号源的频率和输出功率的稳定性,又会使信号源不能给出最大功率、负载又不能得到全部的入射功率。因此传输线一定要匹配。
如图4所示,由传输线理论可知,负载ZL端接特性阻抗为Z0的无损耗传输线的归一化输入阻抗为:
其中ι为传输线长度,λ为波长。Γ是ZL端的反射系数。
负载经过无线传输线的变换,在端口AB处的反射系数与ZL处的反射系数相比,其模不变,只是相位角变换了Δθ=-2βl。
在Smith圆图上,顺时针旋转表示端接传输线的负载向信号源端阻抗的变换,反过来,逆时针旋转表示接有传输线的源向负载端的变化。旋转的角度为当传输线长度时,2βl=360°。
所述第二传输线为长度小于二分之一波长且长度可变的传输线。
若负载经过有耗传输线的连接,则输入端的反射系数的模也会减小。这时只须将模|Γ|在径向方向上减小相应的值即可。在本发明中的传输线不是理想中的无损耗传输线,所述要通过第二端走线的长度调节来配合完成对整个电路的阻抗匹配。
所述模块为用于射频的频率段为860兆赫-2.4吉赫的射频匹配模块。
所述模块为用于射频的频率为2.4吉赫的射频匹配模块。
射频表示可以辐射到空间的电磁频率,频率范围从300KHz~300GHz之间。射频简称RF射频也就是射频电流,它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流,大于10000次的称为高频电流,而射频就是这样一种高频电流。高频(大10K);射频(300K-300G)是高频的较高频段;微波频段(300M-300G)又是射频的较高频段。
在一般移动终端通讯时使用到的射频段一般较高,一般常指几十到几百兆赫的频段,即甚高频(Very High Frequency,VHF)VHF-特高频(Ultra High Frequency,UHF)频段。广义地说,在无线电频谱上微波是指频率为300MHz-300GHz的无线电波,其相应的波长范围是在1m~0.1mm;一般更具体的指1~30GHz频段,即波长在厘米范围的厘米波。频率更高的则称之为毫米波、亚毫米波段。因而,移动通信中的CDMA、GSM等系统所采用的800MHz、900MHz频段属于射频RF范畴,也即UHF频段(也可看作微波的低端);而第三代移动通信3G的工作频段就是在微波范围内。在本发明中,射频匹配模块的射频源优选为频率段为860MHz-2.4GHz的射频段。
2.4GHz所指的是一个工作频段,2.4GHz ISM(Industry Science Medicine)是全世界公开通用使用的无线频段,蓝牙技术即工作在这一频段,在2.4GHz频段下工作可以获得更大的使用范围和更强的抗干扰能力,目前广泛应用于家用及商用领域。用于短距离无线传输和传导的技术。
所述第一传输线长度为0.135波长的传输线,所述第二传输线长度为0.153波长的传输线。
如图3所示,为本发明一种射频匹配模块等效电路图时史密斯圆图上不同情况下匹配电路阻抗的轨迹图,利用史密斯圆图进行射频匹配模块等效电路的计算标点。
如图5所示,一种只具有信号源和负载的等效电路示意图,此时电路只含有负载ZL和信号源时,通过输入射频源模拟后在史密斯圆图显示的轨迹点为点1。
如图6所示,一种具有信号源、负载和第一传输线的等效电路示意图,此时在电路含有负载ZL、一个段长度为0.135波长的传输线和信号源时,通过输入射频源模拟后在史密斯圆图上显示的轨迹点为点2,等效电路在相对之前只有负载的情况下增加了一个电感后,轨迹点在史密斯圆图上从点1经过向上顺时针运动到达点2。
如图7,一种具有信号源、负载、电感、第一传输线和第二传输线的等效电路示意图,在电路含有负载ZL、一个段长度为0.135波长的传输线、一段长度为0.153波长的传输线和信号源时,通过输入射频源模拟后在史密斯圆图上显示的轨迹点为点3,等效电路在相对之前情况下增加了第二传输线,轨迹点在史密斯圆图上从点3经过顺时针向下运动到达点3,点3为史密斯圆图上的圆心点,即为阻抗匹配点,在该等效电路下射频匹配模块完成了阻抗匹配的任务。
由以上等效电路后的史密斯圆图法,得到等效电路经测试后的史密斯圆图显示点的运动轨迹,我们可以判定出,如果单独使用第一传输线或者单独使用第二传输线来进行阻抗匹配,则最后点3是不能够到达史密斯圆图的圆心点的,便不能完成到阻抗匹配的目的。
传输线的基本特性是特性阻抗和信号的传输延迟。传输线是一个分布参数系统,它的每一段都具有分布电容、电感和电阻。传输线的分布参数通常用单位长度的电感L和单位长度的电容C以及单位长度上的电阻、电导来表示,分布的电容、电感和电阻是传输线本身固有的参数,给定某一种传输线,这些参数的值也就确定了,这些参数反映着传输线的内在因素,它们的存在决定着传输线的一系列重要特性。
本实施例的优势在于,用两段走线来代替之前电路中的两个分立元件,来进行阻抗匹配。
实施例2
如图8所示,一种用于移动终端的射频系统,包括:射频收发模块、射频匹配模块、天线;
所述射频匹配模块经其传输线连接于所述射频收发模块与所述天线之间。
还包括功率放大模块,所述功率放大模块设于所述射频收发模块与所述射频匹配模块之间。
还包括滤波模块,所述滤波模块设于所述射频匹配模块与所述天线之间。
在用于移动终端的射频系统中含有射频匹配模块,射频匹配模块与射频收发模块相连,获得射频的信号源。射频匹配模块与天线相连,相当于连接负载,在整个射频系统中射频匹配模块担当了阻抗匹配的任务。一般来说设置为射频系统的负载阻抗为50Ω,通过射频匹配模块的射频匹配使得整个射频系统中的同轴传共轭线和负载均为稳定的50Ω,使射频系统在同等条件下有效利用率越高,较少过程中不必要的损耗。
滤波模块设于所述射频匹配模块与所述天线之间,在射频系统中起到过滤谐波的作用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (10)
1.一种射频匹配模块,其特征在于,包括:第一传输线和第二传输线,所述第一传输线一端与零电势端相连,另一端与芯片的天线输入接口相连,所述第二传输线一端与零电势端连;其中,所述第一传输线呈电感性或电容性,所述第二传输线呈电容性或电感性。
2.根据权利要求1所述的一种射频匹配模块,其特征在于,所述第一传输线为长度等差变化的传输线。
3.根据权利要求2所述的一种射频匹配模块,其特征在于,所述第一传输线长度的计算公式为:
<mrow>
<mi>L</mi>
<msup>
<mn>1</mn>
<mo>&prime;</mo>
</msup>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mn>2</mn>
<mi>n</mi>
</mrow>
</mfrac>
<mi>&lambda;</mi>
<mo>+</mo>
<mi>L</mi>
<mn>1</mn>
</mrow>
其中,L1’为第一传输线的实际长度,λ为波长,L1为第一传输线的理论长度最小值且长度小于二分之一波长,n为整数。
4.根据权利要求1所述的一种射频匹配模块,其特征在于,所述第二传输线为长度小于二分之一波长的传输线。
5.根据权利要求1所述的一种射频匹配模块,其特征在于,所述模块为用于射频的频率段为860兆赫-2.4吉赫的射频匹配模块。
6.根据权利要求5所述的一种射频匹配模块,其特征在于,所述模块为用于射频的频率为2.4吉赫的射频匹配模块。
7.根据权利要求5所述的一种射频匹配模块,其特征在于,所述第一传输线长度为0.135波长的传输线,所述第二传输线长度为0.153波长的传输线。
8.一种用于移动终端的射频系统,其特征在于,包括:射频收发模块、如权利要求1-7所述之一的一种射频匹配模块、天线;
所述射频匹配模块经所述第一传输线连接于所述射频收发模块与所述天线之间。
9.根据权利要求8所述的一种用于移动终端的射频系统,其特征在于,还包括功率放大模块,所述功率放大模块设于所述射频收发模块与所述射频匹配模块之间。
10.根据权利要求8所述的一种用于移动终端的射频系统,其特征在于,还包括滤波模块,所述滤波模块设于所述射频匹配模块与所述天线之间。
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